三種碳材料上原位電沉積AuPt合金的催化性能

劉通張錦秋＊,.安茂忠,楊培霞王鵬

三種碳材料上原位電沉積AuPt合金的催化性能

劉通1張錦秋＊,1.2安茂忠1,2楊培霞1王鵬2

(1哈爾濱工業(yè)大學化工與化學學院，工業(yè)和信息化部新能源轉(zhuǎn)化與儲存關鍵材料技術重點實驗室，哈爾濱150001)
(2哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院，城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，哈爾濱150090)

在碳紙(CP)及涂覆了碳粉科琴黑(KB)或石墨烯納米片(GNs)的碳紙上，原位電沉積了AuPt合金，制備成CP/AuPt、CP/KB/ AuPt、CP/GNs/AuPt三種空氣電極。對比研究發(fā)現(xiàn)，以石墨烯納米片為載體的CP/GNs/AuPt空氣電極上，AuPt合金載量高，顆粒分散均勻，粒徑約為100 nm，Au和Pt的含量分別為78.84%(n/n)和21.16%(n/n)。在0.1 mol·L-1KOH溶液中氧還原反應的起峰電勢為0.93 V，催化活性和穩(wěn)定性優(yōu)于其他兩種空氣電極。分析認為，石墨烯納米片具有高導電性、高比表面積以及較多的缺陷活性位點，有利于AuPt合金在其上均勻電沉積且沉積載量較高，同時GNs本身具有一定的催化活性，兩者能夠產(chǎn)生協(xié)同催化作用，提高了CP/GNs/AuPt電極的催化性能。

氧還原反應；AuPt合金；石墨烯；催化活性

0 引言

隨著化石燃料的加速消耗和對可持續(xù)的綠色能源的需求不斷增加，高效、低成本、環(huán)境友好的能量轉(zhuǎn)換和存儲系統(tǒng)被越來越多的研究人員所重視[1]。鋰空氣電池作為其中一種具有極高的理論比能量的二次電池，能量密度可達3 500 Wh·kg-1，是研究者們重點關注的對象之一[2-4]。目前鋰空電池主要存在著循環(huán)性差、庫倫效率低等問題，影響這一問題的主要因素包括電解液、電極設計和電極催化劑[5]?？諝怆姌O上的主要反應包括O2的還原反應(ORR)和析出反應(OER)，它們的難易程度直接制約著電池的性能和應用[6]，因此尋找一種合適的雙向催化劑來有效降低過電壓，提高空氣電極正極材料的循環(huán)性能是目前鋰空電池研究的重要方向之一[7]。

目前報道的鋰空氣電池空氣電極所用的催化劑主要有碳催化劑和碳載復合材料催化劑。碳材料是應用較廣泛的電極材料，它主要包括科琴黑、多孔碳、碳纖維、碳納米管、石墨烯等[8-10]。Park等[11]將科琴黑(EC600JD)和科琴黑(EC300JD)材料應用于鋰空氣扣式電池中，以0.1 mA·cm-1的電流密度進行恒流放電，截止電壓1.5 V，放電容量分別為2 600和2 150.5 mAh·g-1。悉尼大學的Sun等[12]選用石墨烯納米片(GNs)作為電池正極時，電池過電位明顯降低，僅為1.22 V，且放電比容量達到2 359 mAh·g-1。Zhu等[13]制備了硼氮摻雜石墨烯片作為氧還原催化劑，發(fā)現(xiàn)在1 000℃下合成的硼氮摻雜石墨烯片具有較高的催化活性，LSV曲線的起峰電位接近商用Pt/C催化劑。可見，科琴黑、石墨烯等碳材料都具有一定的催化活性。

當單獨使用碳材料作為電極催化劑時，鋰空氣電池的充電性能比較差，有必要在碳材料上復合雙向催化劑來提高電池的充電性能。碳載復合材料主要包括以Pt、Au、Ag、Pd[5,14-17]等及其合金為主的貴金屬[18]和以MnO2[8,19]、Co3O4[20]等為主的過渡金屬化合物。Zahoor等[21]在氮摻雜的石墨納米纖維上(NGNF)制備了棒狀的α-MnO2納米催化劑，用作鋰空氣電池的空氣電極催化劑，在放電電流密度0.1 mA·cm-2下，電池首次放電比容量為2 934 mAh·g-1，放電平臺為2.8 V，充電電壓較大，為4.3 V。Peng等[3]將純Super P電極和Super P納米Au復合材料電極組裝成鋰空氣電池進行測試，在充電過程中，發(fā)現(xiàn)電壓超過4 V后Li2O2發(fā)生分解反應析出O2，Super P碳材料電極中加入納米Au后析出的氧含量高于純碳電極。Lu等[22]采用水熱法在油胺中還原HAuCl4和H2PtCl6，在碳材料XC-72C上得到了粒徑約7 nm的PtAu合金雙向催化劑，電池的放電電壓為2.7 V，平均充電電壓約為3.6 V，首次放電比容量約1 600 mAh·g-1，比容量保持率為77%，發(fā)現(xiàn)Au可以促進ORR反應，Pt促進OER反應，使循環(huán)性能有了進一步提高?？梢?，AuPt合金是一種有潛力的雙向催化劑，將其原位負載到具有一定催化活性的科琴黑或石墨烯上有望能進一步提高其催化活性。

電沉積技術是一種成本小、工藝簡單的原位制備納米晶金屬催化劑的一種方法[23]。本課題組已經(jīng)通過磁電沉積技術在碳紙上直接沉積了粒徑在400 nm左右的AuPt合金催化劑顆粒[24-25]。為了進一步探究不同碳材料作為載體時AuPt合金的催化性能，本文使用恒電勢沉積法在碳紙、科琴黑和石墨烯3種不同的碳材料表面原位制備了AuPt合金催化劑，對上述不同的碳載AuPt合金復合材料的性能進行了研究。

1 實驗部分

1.1 科琴黑漿料的制備

稱取一定量的碳粉科琴黑(KB，EC-600JD)，置于盛有磁力攪拌子的稱量瓶中，向稱量瓶中加入一定量10%(w/w)的聚偏二氟乙烯(PVDF，分析純)的N-甲基吡咯烷酮(NMP，分析純)溶液，使得科琴黑和PVDF的質(zhì)量比約為4∶1，再滴加適量的NMP溶劑，使得磁力攪拌子能夠在足夠稀的混合物中攪拌。將稱量瓶放在磁力攪拌器上，并選擇合適的轉(zhuǎn)速攪拌至漿料均勻，然后密封保存待用。

1.2 空氣電極的制備

將碳紙(厚度(0.19±0.01)mm，東麗公司)裁剪成15 mm×15 mm的尺寸，將科琴黑漿料或者石墨烯漿料(5%，w/w，深圳市貝特瑞納米科技有限公司)均勻的涂覆在碳紙電極表面，然后放置在真空干燥箱中，120℃下烘干2 h，制備成CP/KB或CP/GNs電極。

電沉積AuPt合金催化劑之前需要對CP、CP/ KB、CP/GNs電極進行前處理。處理步驟為：①在含有10 g·L-1NaOH和20 g·L-1Na2CO3的除油液中浸泡1 min；②在0.2 mol·L-1NaOH的溶液中堿洗10 s；③在0.2 mol·L-1的HCl溶液中酸洗10 s；④將②和③步驟反復5次，然后水洗。

將前處理后的電極作為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，Pt片為對電極，使用電化學工作站CHI660E(上海辰華儀器有限公司)，在-0.3 V (vs SCE)恒電勢下沉積AuPt合金，沉積時間為25 s。電鍍液組成為8 mmol·L-1氯鉑酸(H2PtCl6·6H2O，沈陽市科達試劑廠，分析純)，12 mmol·L-1氯金酸(HAuCl4·4H2O，沈陽市科達試劑廠，分析純)和0.1 mol·L-1HCl。

1.3 電極的表征和測試

采用掃描電子顯微鏡(SEM，F(xiàn)EI Quanta 200F，荷蘭FEI公司)表征電極上催化劑顆粒的微觀形貌，并用附帶的能量色譜(EDS)測試催化劑中Au和Pt的原子百分比含量，采用透射電子顯微鏡(TEM，Carl Zeiss Supra 55，卡爾蔡司股份公司)觀察AuPt顆粒的粒徑尺寸和分布情況，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP，5300DV，美國金爾默股份有限公司)測試不同電極上Au和Pt的質(zhì)量。

ICP測試的制樣方法如下：(1)將負載了催化劑的電極置于一定體積的王水中，超聲輔助溶解；(2)待AuPt合金充分溶解后，取一定體積的上層清液進行稀釋和定容；(3)將稀釋后的溶液進行ICP測試，得到Pt4+離子和Au3+離子的濃度；(4)通過計算求得2種金屬元素在電極上的負載量。

使用電化學工作站CHI660E，采用三電極體系，在O2飽和的0.1 mol·L-1的KOH溶液中測試不同電極的線性極化曲線(LSV)和循環(huán)伏安曲線(CV)，用于表征電極對于ORR反應和OER反應的催化性能。在N2飽和的0.1 mol·L-1的KOH溶液中做LSV或CV測試，作為反應電流的基準，以排除其他反應的干擾。其中，工作電極為2.2節(jié)中制備的空氣電極(將電極裁剪為1.5 cm2的極片進行催化測試)，對電極為Pt片，參比電極為Hg/HgO電極(相對于標準氫電極RHE的電勢為0.89 V)。LSV掃描范圍為0～1.0 V(vs RHE)，掃描速度為1 mV·s-1。CV掃描范圍為0～1.7 V(vs RHE)，掃描速度為10 mV·s-1，取第2圈作圖。

2 結果與討論

2.1 不同電極上AuPt合金的形貌

圖1 不同電極(a)CP,(b)CP/AuPt,(c)CP/KB/AuPt和(d)CP/GNs/AuPt的SEM圖像Fig.1 SEM images of different electrodes of(a)CP,(b)CP/AuPt(c)CP/KB/AuPt and(d)CP/GNs/AuPt

未做任何處理的碳紙(CP)的微觀形貌如圖1a所示。碳紙的纖維直徑大約為5 μm，纖維之間存在數(shù)十微米的空隙。在經(jīng)過前處理的CP上直接電沉積催化劑時，CP/AuPt電極的形貌如圖1b所示，球狀的AuPt顆粒粒徑多數(shù)在300～400 nm之間，只能在碳纖維上沉積，無法沉積到碳纖維之間的空隙上。圖1c是CP/KB/AuPt電極的微觀形貌，可見KB填充了碳纖維之間的空隙，提高了基體比表面積，但是AuPt合金的團聚現(xiàn)象比較明顯，粒徑尺寸在300 nm左右，這主要是由于KB的導電性比碳紙好，容易造成AuPt在KB上電沉積時集中放電，從而形成團聚。圖1d是CP/GNs/AuPt的微觀形貌，石墨烯均勻地覆蓋了碳纖維，在SEM圖里看不到碳纖維，能觀察到粒徑約100 nm左右的AuPt顆粒均勻地分布在石墨烯片層上，還有一些較小的顆粒，沒有出現(xiàn)大范圍的團聚現(xiàn)象，在接下來的穩(wěn)定性測試中我們?nèi)匀荒軌蛴^察到這一現(xiàn)象。這是由于石墨烯納米片具有超高的電導率和較大的比表面積，表面存在著許多邊緣和缺陷，并且石墨烯納米片經(jīng)過酸洗和堿洗后表面活性位點增加，給AuPt合金的沉積提供了足夠且均勻的位點[14,26]。

為了進一步研究催化劑顆粒的形貌，對CP/ GNs/AuPt電極進行TEM測試，測試結果如圖2所示，在圖2a中能夠清楚地看到AuPt催化劑顆粒的粒徑尺寸在50～100 nm，能夠均勻地分散在石墨烯片層上，沒有出現(xiàn)嚴重的團聚現(xiàn)象。對圖2a中的顆粒進行高分辨測試，從圖2b、2c和2d的HRTEM像中可以看到清晰的晶格條紋，并且通過分析晶格間距可以判斷圖2c中的晶面為(200)，同時能夠在圖2c中發(fā)現(xiàn)明顯的晶格條紋錯位，原因是此處存在明顯的臺階，同時在圖2d的插圖中也能夠發(fā)現(xiàn)存在明顯的臺階。對圖2b區(qū)域進行電子衍射，衍射環(huán)如圖2e所示，通過分析衍射環(huán)并結合晶格間距分析，能夠確認材料中存在(111)、(200)、(220)、(311)和(400)晶面。前期的相關研究表明[27]，在石墨片上電沉積得到的AuPt合金主要是Au3Pt結構，X射線衍射測試表明晶面取向為(111)、(200)、(220)和(311)。考慮到催化劑晶粒的晶面指數(shù)越高催化劑的催化活性越高[28]，(400)晶面的出現(xiàn)可能會提升CP/GNs/AuPt電極的催化活性。

上述電極的制備過程及沉積AuPt合金前后的形貌可以用圖3的示意圖表示。可以直觀地看出，由于CP、GNs和KB的導電性及形貌不同，AuPt合金在3種不同電極上的沉積位置也是不同的。通過觀察沉積催化劑后的示意圖，我們能夠更加形象直觀地發(fā)現(xiàn)3種不同空氣電極形貌上的區(qū)別，從而理解形貌與分布對電極催化性能的影響。

圖2 (a)GNs上AuPt合金的TEM像;(b,c,d)GNs上AuPt合金顆粒的TEM高分辨像;(e)AuPt合金顆粒的衍射斑; (f)AuPt合金顆粒的粒徑分布統(tǒng)計圖Fig.2 TEM image of CP/GNs/AuPt electrode,(a)TEM image of AuPt particles;(b,c,d)HRTEM images of AuPt particles, (e)SAED pattern and(f)Size histogram of AuPt particles

圖3 電極的制備過程和沉積AuPt合金后的電極形貌示意圖Fig.3 Sketch map of preparation process of the electrodes and the micromorphologies of AuPt alloys on different electrodes

2.2 電極催化氧還原反應的性能

將未沉積AuPt合金和沉積AuPt合金催化劑之后的6種不同的電極分別作為工作電極，測試了電極對O2還原反應的CV曲線，如圖4所示。起峰電勢和還原峰電勢越正，說明催化劑的反應活性越大。在O2飽和的0.1 mol·L-1KOH溶液中，未沉積AuPt合金的CP/GNs和CP/KB基體電極的起峰電勢(0.68，0.75 V)和還原峰電勢(0.49，0.49 V)都比較負，而CP基體電極對O2未表現(xiàn)出反應峰，說明GNs和KB也具有一定的催化氧還原反應的活性。當沉積AuPt之后CP/GNs/AuPt電極的起峰電勢和還原峰電勢最正，分別為0.90和0.70 V(見圖4a)，所對應的峰值電流密度扣除背景電流的影響后也是最大的(電流密度為-0.43 mA·cm-2)。CP/KB/AuPt電極的起峰電勢和還原峰電勢略負于CP/GNs/AuPt電極，分別為0.86和0.67 V(見圖4b)。CP/AuPt電極的起峰電勢和還原峰電勢最負，分別為0.82和0.61 V(見圖4c)。可見，沉積AuPt對CP/GNs/AuPt電極催化活性的提高比CP/KB/AuPt和CP/AuPt兩種電極強。

在O2飽和的0.1 mol·L-1KOH溶液中，進一步測試不同電極對O2還原反應的LSV曲線，如圖5所示。發(fā)現(xiàn)在沒有沉積AuPt合金催化劑之前，CP、CP/GNs和CP/KB電極的線性極化曲線的極化電勢依次正移，分別為0.66、0.74和0.86 V，說明電極的催化活性依次增加，催化活性最好的是CP/KB電極。當沉積AuPt合金催化劑之后，如表1中的數(shù)據(jù)所示，3種電極的催化性能都有較大的提升，催化性能最好的CP/GNs/AuPt電極的起峰電勢為0.93 V，與Mao等[1]在文中制備的商用Pt/C電極催化劑催化ORR反應性能相近。由圖5f曲線可見，由于CP/ GNs/AuPt電極的導電性優(yōu)良和活性位點的活性比較高，能夠使電極上的ORR反應在較短時間內(nèi)能夠達到峰值電流。

圖4 (a)CP/GNs/AuPt電極和CP/GNs電極,(b)CP/KB/ AuPt電極和CP/KB電極,(c)CP/AuPt電極和CP電極的循環(huán)伏安曲線Fig.4 CV curves of(a)CP/GNs/AuPt electrode,(b)CP/ KB/AuPt electrode and(c)CP/AuPt electrode measured in N2-and O2-saturated 0.1 mol·L-1KOH solution,and(a)CP/GNs electrode,(b)CP/ KB electrode and(c)CP electrode measured in O2-saturated 0.1 mol·L-1KOH solution at a scan rate of 10 mV·s-1

表1 不同空氣電極的組成及催化性能的比較Table1 Contents and catalytic properties of different air electrodes

圖5 (a)CP,(b)CP/GNs,(c)CP/KB,(d)CP/AuPt, (e)CP/KB/AuPt和(f)CP/GNs/AuPt電極的陰極極化曲線Fig.5 LSV curves of(a)CP,(b)CP/GNs,(c)CP/KB, (d)CP/AuPt,(e)CP/KB/AuPt and(f)CP/GNs/ AuPt electrodes in O2-saturated 0.1 mol· L-1KOH solution at a scan rate of 1 mV·s-1

從表1可以看出，ICP和EDS兩種方法測試得到的Au和Pt的含量數(shù)據(jù)比較接近。CP/GNs/AuPt電極與CP/KB/AuPt電極的組成相差不多，可以認為使用導電性較好的基體時，電沉積工藝條件相同的情況下，所得到合金的組成和結構相近。CP/GNs/ AuPt電極與CP/KB/AuPt電極的Au的含量比CP/ AuPt上的略高，AuPt合金中Au可以促進ORR反應[22]，是CP/GNs/AuPt和CP/KB/AuPt電極催化ORR反應活性較高的原因之一。CP/GNs/AuPt電極比CP/KB/AuPt電極活性更好的原因是CP/GNs/ AuPt電極上沉積的AuPt合金的總質(zhì)量為0.350 6 mg，比其他兩種電極都大?？偟膩碚f，在相同的電沉積條件下，CP/GNs/AuPt電極能夠負載更多的AuPt催化劑，且催化劑的粒徑小，是其ORR催化活性高的主要原因。

2.3 催化劑的穩(wěn)定性

為了考察催化劑的穩(wěn)定性，對電極進行了100圈循環(huán)伏安掃描，并對循環(huán)之后的CP/GNs/AuPt和CP/KB/AuPt電極分別進行面掃描和SEM形貌觀察，結果如圖6所示。圖6a和6b中的面掃描圖顯示，CP/GNs/AuPt電極上Au和Pt元素分布均勻，含量分別為78.84%(n/n)和21.16%(n/n)，與循環(huán)伏安測試前的組成相同，圖6d的SEM像和圖1d類似，AuPt合金顆粒的形貌也沒有變化。CP/KB/AuPt電極形貌與測試前相比有較大的改變，KB和AuPt合金有部分脫落，電極基體變得比較疏松。這主要是由于CP/KB/AuPt電極的基體中含有粘結劑聚偏二氟乙烯(PVDF)以及殘留的溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)，它們在堿性溶液中容易發(fā)生水解，使PVDF的耐堿腐蝕性有所降低[29]，從而導致了電極基體的機械強度下降，電極在測試初期變得疏松不穩(wěn)定。CP/KB/ AuPt電極中Au和Pt的含量分別為79.63%(n/n)和20.37%(n/n)，與測試前相比變化不大。

將CP/GNs/AuPt和CP/KB/AuPt電極分別作為工作電極，在O2飽和的0.1 mol·L-1KOH溶液中對電極進行i-t曲線測試，電勢恒定為0.75 V(vs RHE)，電解質(zhì)溶液為O2飽和的0.1 mol·L-1KOH。計時電流曲線的結果如圖7所示。結果顯示CP/GNs/ AuPt電極在測試10 000 s之后電極僅衰減了20%，而CP/KB/AuPt電極已經(jīng)衰減了40%。這是由于AuPt是通過電沉積直接沉積到GNs的表面積上，能夠產(chǎn)生非常好的結構穩(wěn)定性[1]，而CP/KB/AuPt電極上由于PVDF的存在，在堿性條件下容易分解，與圖6c所呈現(xiàn)的結果一致，電極變得疏松。

綜合比較CP/GNs/AuPt和CP/KB/AuPt電極的電化學穩(wěn)定性和形貌組成的穩(wěn)定性，CP/GNs/AuPt的穩(wěn)定性相對較好，但其長期電化學穩(wěn)定性還需要進一步提高。

圖6100 次循環(huán)伏安測試后，CP/GNs/AuPt電極的(a)Au元素和(b)Pt元素的面掃描圖，以及(c,e)CP/KB/AuPt, (d,f)CP/GNs/AuPt電極的SEM圖像Fig.6 Mapping images of(a)Au and(b)Pt of CP/GNs/AuPt electrode,SEM images of(c,e)CP/KB/AuPt electrode and (d,f)CP/GNs/AuPt electrodes after 100 cycles CV measurement

圖7 (a)CP/GNs/AuPt電極和(b)CP/KB/AuPt電極的i-t曲線,電解液為O2飽和的0.1 mol·L-1KOH溶液Fig.7 i-t curves of(a)CP/GNs/AuPt and(b)CP/KB/AuPt electrodes in oxygen-saturated 0.1 mol·L-1KOH solution

2.4 電極催化氧析出反應的性能

將CP/AuPt、CP/KB/AuPt和CP/GNs/AuPt電極分別作為工作電極，在N2飽和的0.1 mol·L-1KOH溶液中測試陽極極化曲線，研究了電極對OER反應的催化性能，結果如圖8所示。當電流密度為0.1 mA·cm-2時，CP/KB/AuPt、CP/GNs/AuPt和CP/AuPt電極的起峰電勢依次正移，分別為1.34、1.72和1.79 V，過電勢依次增加，說明電極催化氧析出反應的活性依次降低。CP/KB/AuPt和CP/GNs/AuPt電極上AuPt合金的組成是接近的，且CP/GNs/AuPt電極上催化劑的負載量更高，但CP/KB/AuPt電極催化氧析出反應的性能最佳。兩者催化性能的差別可能主要來自于基體的不同，即KB在堿性電解液中表現(xiàn)出了更好的協(xié)同催化O2析出反應的效應。在下一步的工作中，使用表面缺陷更多的GNs作為基體，以及制備Pt含量更高的CP/GNs/AuPt電極，有望提高其催化氧析出反應的性能。

圖8 (a)CP/AuPt,(b)CP/GNs/AuPt和(c)CP/KB/AuPt電極的陽極極化曲線Fig.8 LSV curves of(a)CP/AuPt,(b)CP/GNs/AuPt and (c)CP/KB/AuPt electrodes in N2-saturated 0.1mol ·L-1KOH solutionatascanrateof1mV·s-1

3 結論

本文研究了3種用電沉積法制備的空氣電極CP/AuPt，CP/KB/AuPt和CP/GNs/AuPt的形貌、組成和催化性能。發(fā)現(xiàn)在相同的工藝條件下，CP/GNs基體上電沉積得到的AuPt催化劑的顆粒尺寸粒徑約為100 nm且分布均勻，CP/GNs電極基體上AuPt催化劑的載量高于其它兩種電極，AuPt合金中Pt和Au的含量分別為21.16%(n/n)和78.84%(n/n)。CP/ GNs/AuPt電極的氧還原反應起峰電位(0.93 V)均高于CP/AuPt和CP/KB/AuPt電極，同時具有較好的催化穩(wěn)定性，穩(wěn)定性測試后組成和分布沒有顯著變化。CP/KB/AuPt電極的催化氧析出反應性能比其他電極好，但是穩(wěn)定性比較差。綜合比較，CP/GNs/AuPt電極具有更好的氧還原反應催化性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

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Catalytic Performances of AuPt Alloys in-Situ Electrodeposited on Three Carbon Materials

LIU Tong1ZHANG Jin-Qiu＊,1,2AN Mao-Zhong1,2YANG Pei-Xia1WANG Peng2
(1MIIT Key Laboratory of Critical Materials Technology for New Energy Conversion and Storage, School of Chemistry and Chemical Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China)
(2School of Municipal and Environmental Engineering,State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China)

Ketjen black(KB)or graphene nanosheets(GNs)were supported on carbon paper(CP)firstly.Subsequently,in order to prepare air electrodes,AuPt alloys were electrodeposited on CP,CP/KB,CP/GNs substrates.It is found that the AuPt alloy particles are dispersed uniformly on the CP/GNs/AuPt air electrode,meanwhile the particle size is about 100 nm.The load mass of AuPt alloy catalyst was higher than others electrodes,meanwhile, the test of EDS exhibits that Au content and Pt content are 78.84%(n/n)and 21.16%(n/n),respectively.With a scan speed of 1 mV·s-1,the onset potential of linear sweep voltammograms(LSV)for oxygen reduction reaction (ORR)is 0.93 V in 0.1 mol·L-1KOH solution.The CP/GNs/AuPt air electrode exhibit enhanced electrocatalytic activity and stability for ORR in comparison with the CP/AuPt and CP/KB/AuPt electrodes,which is mainly attributed to the high conductivity,large specific surface area of the GNs.GNs facilitate the uniform electrodeposition and increase the load mass of AuPt alloy.Since GNs has some catalytic activity,the synergistic effect between the GNs and AuPt alloy particles improves the catalytic performance of the CP/GNs/AuPt electrode.

oxygen reduction reaction;AuPt alloy;graphene;catalytic activity

TQ153.2；O643.36

A

1001-4861(2017)09-1587-08

10.11862/CJIC.2017.187

2017-03-22。收修改稿日期：2017-07-04。

國家自然科學基金(No.51304056)、博士后科學基金(No.3M531049)、教育部留學回國人員科研啟動基金資助項目。＊

。E-mail：zhangjinqiu@hit.edu.cn